cz.1.07/1.1.00/14.0016

Libor Kvítek

CZ.1.07/1.1.00/14.0016

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Vzdělávání středoškolských pedagogů a studentů středních škol jako nástroj

ke zvyšování kvality výuky přírodovědných předmětů

Kovové nanomateriály pro praxi

Kovové nanomateriály pro praxi

Doc. RNDr. Libor Kvítek, CSc.

Katedra fyzikální chemie

a Regionální Centrum pro Pokročilé Technologie a Materiály (RCPTM)

Univerzita Palackého v Olomouci

Nanotechnologie

Nanotechnologie – obor zabývající se objekty o velikosti 1 – 100 nm

Richard Feynmann (1959 Caltech) There's Plenty of Room at the BottomNorio Taniguchi (1974) definice pojmu nanotechnologie

Nanomateriály

Nanomateriály – objekty o rozměrech 1 – 100 nm

Metody studia nanosvěta

• spektroskopické metody UV/VIS, fluorescence, IR, Ramanovská spektra, NMR

• rozptyl světla statický a dynamický (DLS)

• mikroskopické metody elektronový mikroskop (TEM, SEM)mikroskopie skenující sondou (AFM, STM)(viz atmilab.upol.cz)

jednotky: 1 nm = 0,001 μm = 0,000001 mm = 10-9 m

Metody studia nanosvěta

• elektronová mikroskopie (TEM, SEM) – použití elektronového paprsku místo viditelného světla umožňuje posunout rozlišení až na hranici 0,1 nm (optický mikroskop umí jen asi 1000 nm)• mikroskopie skenující sondou (SPM) – velmi jemný hrot kopíruje povrch vzorku, přičemž je snímán jeho pohyb – počítač pak rekonstruuje skutečnou strukturu povrchu

Schéma SPM:

Aplikace nanomateriálů v praxi

• Chemie: katalyzátory, nesmáčivé a samočistící povrchy

• Analytika: nové vysoce citlivé a specifické senzory obzvláště pro bioaplikace

• Medicína: kontrastní látky, transport léčiv, hypertermie, antibakteriální účinky

• Nové materiály: keramika, plasty, barvy, kompozity

• Elektronika: záznamová media, displeje z OLED, nové součástky

• Energetika: přeměna světelného záření v elektrický proud, palivové články

• Životní prostředí: čištění odpadních, povrchových i podzemních vod

• Stavebnictví: nové izolační materiály, samočistící fasádní nátěry

Fullereny a další uhlíkaté nanomateriály

• fullereny objeveny v roce 1985 (Harold Krotoo) na Texaské univerzitě (C60)• nanotrubičky objeveny v roce 1991 single-wall (SWNT) a multi-wall (MWNT)

Využití:• elektronika• nové konstrukční materiály• detektory

Nevýhody:• toxicita (vodní organismy extrémně citlivé

CNT pod mikroskopem

Stříbro ve službách člověka

Historie:

barvení skla, keramiky; baktericidní účinky fotografie

Současnost:

analytika – detekce (SERS), baktericidní účinky

Budoucnost:

nové materiály odolné kolonizaci baktérií

vysoce citlivé a selektivní detektory

katalyzátory

11

Barevné nanočástice stříbra

d = 38 nm (A) až 173 nm (F)

12

Barevné nanočástice stříbra podruhé

25 nm 150 nm 350 nm

13

AG100 Koloidní stříbro)Aurum Health Products Ltd

Popíjíme jeho disperzi a také se mažeme mastičkou

MULTILIND BarketaSTADA ARZNEIMITTEL AG

NanoAg a my (mýty a realita)

14

Nanosilver sprej

NanoTrade s.r.o.

Aby nám voněli, byli dlouho zdraví a v noci nechrápali

Nailexpert na mykotická onemocnění

Altermed s.r.o.

Klinman Silver Adema Pacov s.r.o. a.g.

NanoAg a naši milí

15

Nanosilver tentokrát vážně

1. Krytí Acticoat - antimikrobiotické s nanokrystalick. stříbrem 10x10 cmSMITH & NEPHEW CONSUMER

2. Kompres Atrauman AG sterilní 10 x 10 cmHARTMANN-RICO

16

A toto bylo myšleno vážně?

17

Ještě nevěříte v NanoSilver?

http://www.nanosilver.it/eng/documenti.htm

18

Utajovaný pokus NASA končí: Astronaut nosil měsíc spodky a nepáchlČtyři týdny neprané spodní prádlo a žádný zápach – to je výsledek experimentu, který probíhal na palubě Mezinárodní vesmírné stanice. Prádlo nosil japonský astronaut Koiči Wakata.

Ale v NASA už uvěřili!

A odezva českého človíčka z diskuze:

Emil 1.8. 22:43 ZASE JEDEN ZBYTECNY POKUSZase jeden zbytecny pokus, mohli se zeptat nas, my v Cesku si taky nemenime mesic pradlo a taky nezapachne.

31. 7. 2009 | poslední aktualizace: 31. 7. 2009 11:49

19

Expedice DAKAR•Testovací období: leden 2011•Testovali: Zdeněk Sládek, Míla Janáček•Testována byla funkční trička a spodní prádlo z nově připravované kolekce na LÉTO 2011, ale také standardní produktová řada prádla a triček nanosilver.

Pilotem závodního speciálu H3evo byl Zdeněk Sládek: „I já musím souhlasit. Navíc oceňuji, že i po dvou dnech v těchto opravdu náročných podmínkách spodní prádlo naprosto eliminuje jakýkoliv zápach.

převzato z http://www.nanosilver.cz/Tema/Recenze/Expedice-DAKAR

Olomouc jako stříbrná velmoc

Metody přípravy nanočástic stříbra

Dispergační metody – laserová ablace

Dispergace – rozbíjení větších shluků atomů a molekul na menší částice

Metody přípravy nanočástic stříbra

Roztokové metody - AgNO3(aq.) + redukční činidlo

Redukční činidla:citrát sodný (Lee, Meisel)NaBH4 (Creighton, Blatchford a Albrecht )

H2, H2O2, hydrazin, hydroxylamin, formaldehyd

redukující cukryrozpouštědlo (DMF, DMSO, alkoholy)

Kondenzační metody – chemická redukce

Fotochemická redukce a radiolýza, elektrolýza

Kondenzace – zvětšování z úrovně atomů a molekul na větší částice - shluky

Řízená příprava nanočástic stříbra

Řízení velikosti – využití modifikátorů

Ag+ + 2NH3 [Ag(NH3)2]+ Ag0

modifikovaný Tollensův proces (příprava stříbrného zrcátka)

AgNO3 - 10-3 moldm-3

amoniak – 0,005 až 0,2 moldm-3

NaOH – pH 11,5 - 13

redukční látka - 10-2 moldm-3

red. látka


Redukující cukry

O

OHH

HH

OHOH

H OH

H

OH

Glucose

O

OHH

HH

OHOH

H OH

H

H

Xylose

O

OH

H

OH

OH

H

H

OH OH

Fructose

O

HH

H

OHOH

H OH

H

OH

O

O

OHH

HH

OH

H OH

H

OH

Maltose

O

HH

H

OHOH

H OH

H

OH

O

O

OHH

HOH

OH

H OH

H

OH

Lactose

neredukující cukr – např. sacharóza (řepný cukr)


redukce maltózou 0,005 M čpavek


glucose

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

300 400 500 600 700

wavelength/nm

A 0,20,10,050,0350,020,010,005

c (NH3)/mol.dm-3

fructose

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

300 400 500 600 700

wavelength/nm

A 0,20,10,050,0350,020,010,005

c (NH3)/mol.dm-3

Povrchový plasmon vodné disperze připravených Ag nanočástic

Bioaktivita nanočástic stříbra

Testovaný kmenMinimální inhibiční koncentrace vzorků Ag (μg/ml)

Ag – Glu Ag – Mal Ag - citr Ag+

Staphylococcus aureus 6,75 3,38 6,75 1,69

Escherichia coli 13,5 3,38 13,5 0,84

Pseudomonas aerugin. 13,5 3,38 6,75 0,84

Staphylococcus epiderm. 6,75 3,38 3,38 0,84

Klebsiella pneumoniae 13,5 6,75 13,5 1,69

Antibakteriální aktivita připravených nanočástic stříbra


Stanovení antibakteriální aktivity nanočástic stříbra

Stanovení MICstandardní diluční mikrometodaStanovení

MBC

Stabilizace nanočástic stříbra

Stabilizace pomocí povrchově aktivních látek a polymerů

Stabilizace – ochrana proti agregaci – spojování jednotlivých částic do větších útvarů = agregátů

Povrchově aktivní látka (surfaktant, PAL) – jinak též saponát snižuje povrchové napětí vody (zlepšuje smáčení)

Polymer – extrémně velká molekula vystavěná z jednodušších,pravidelně se opakujících jednoteknapř. PE – polyethylen –(CH2-CH2)n-

obě látky vytváří na povrchu částic ochrannou vrstvu proti spojování


Zvýšení antibakteriální aktivity nanočástic stříbrastabilizací surfaktanty a polymery

Testovaný kmenMinimální inhibiční koncentrace vzorků Ag (μg/ml)

Ag+PVP Ag+SDS Ag Ag+

Staphylococcus aureus 1,69 0,84 3,38 1,69

Escherichia coli 1,69 1,69 3,38 0,84

Pseudomonas aerugin. 1,69 1,69 3,38 0,84

Staphylococcus epiderm. 1,69 0,84 3,38 0,84

Klebsiella pneumoniae 3,38 3,38 6,75 1,69

PVP – PolyVinylPyrrolidon – polymerSDS – Sodium DodecylSulfate - PAL

30

Antifungální aktivita nanoAg

Minimální inhibiční koncentrace pro 25 nm AgNPs

Candida spp.

MIC (mg/L)

AgNO3Nestabiliz.

AgNPs

Stabilizované AgNPs

SDS Tween 80

PVP 360

C. albicans I 0.42 0.42 0.052 0.1 0.1

C. albicans II 0.42 0.21 0.1 0.21 0.21

C. parapsilosis 1.69 1.69 0.84 0.84 0.84

C. tropicalis 0.84 0.84 0.42 0.42 0.42

Panáček A., Kolář M., Večeřová R. et al.: Biomaterials 30, 6333-6340, 2009

31

Antifungální aktivita nanoAg

Srovnání antifungální aktivity AgNPs s běžnými fungicidy


nestabil. SDS Tween Amp Itra Flu Vori Casp Ag NPs stabiliz. AgNPs

Amp – Amphotericine

Itra – Itraconazole

Flu – Fluconazole

Vori – Voriconazole

Casp - Caspofungine

Libor Kvítek 32

Cytotoxicita nanoAg (lidské fibroblasty)


0

20

40

60

80

603015520,70,250,06

Concentration of silver (mg/L)

Flu

ore

sc

en

ce

inte

ns

ity

Silver NPs

Ionic silver

Control

AgNPs: LC50 (24 hours) = 25 mg/L Ag+: LC50 (24 hours) = 1 mg/L

33

Toxicita (ekotoxicita) nanoAg

Paramecium caudatum (ciliate)

Kvítek L., Vaníčková M., Panáček A. et al. J Phys Chem C 113, 4296-4300, 2009

AgNPs (A) LC50 (1hod) = 39 mg/L

Iontové Ag (B) bezprostřední usmrcení při 0.4 mg/L

34


Scenedesmus sub. (algae)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 0,3 1 3 9 30

Ag concentration (mg/L)

ch

loro

ph

yll

a a

mo

un

t (m

g/L

)

Ionic AgNano Ag

Control AgNPs – LC50 >30 mg/L

IontovéAg – LC50 = 5 mg/L


Drosophila melanogaster

do 10 mg/L Ag – není akutní toxicita, pouze pokles pigmentace a hmotnosti

- 20 mg/L Ag - LC50

- 60 mg/L Ag - LC100

Vpravo mušky z larev bez vlivu Ag, vlevo z larev s médiem s nanoAg

Panáček A., Prucek R., Šafářová D. et al.: Env. Sci. Technol. 45, 4974-4979, 2011

36

Bioaktivita nanoAg ve srovnání s Ag+

Antibakteriální aktivita (MIC; 24hours)

Antifungální aktivita (MIC; 36hours)

NanoAg Ag+

1 - 7 mg/L

Cytotoxicita (lidské fibroblasty)

Ekotoxicita

1 - 2 mg/L

1 mg/L 1 mg/L

25 mg/L 1 mg/L

39 mg/L 0.4 mg/L

>30 mg/L 5 mg/LS. subspicatus

P. caudatum

D. melanogaster 20 mg/L n.a.

(LC50; 48hours)

(LC50)

A na závěr poděkování

- MŠMT ČR za finanční podporu v rámci projektů výzkumného centra 1M6198959201 výzkumných záměrů MSM 6198959218

MSM 6198959218

- všem spolupracovníkům, zejména Robertu Pruckovi, Aleši Panáčkovi a Janě Soukupové za jejich součinnost při vzniku zde prezentovaných výsledků výzkumné práce

- Ústavu mikrobiologie LF UP, Prof. M. Kolářovi, za realizaci biologického testování

- Prof. R. Zbořilovi za podporu výzkumu v rámci RCPTM

- všem přítomným za pozornost, kterou věnovali této přednášce

cz.1.07/1.1.00/14.0016

Documents